Phosphorsäure

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Strukturformel
Strukturformel der ortho-Phosphorsäure
Allgemeines
Name Phosphorsäure
Andere Namen
  • ortho-Phosphorsäure
  • Phosphor(V)-säure
  • E 338
Summenformel H3PO4
CAS-Nummer 7664-38-2
PubChem 1004
Kurzbeschreibung

farb- und geruchloser Feststoff oder Flüssigkeit[1]

Eigenschaften
Molare Masse 98,00 g·mol−1
Aggregatzustand

fest (oft flüssig, da eine unterkühlte Schmelze recht lange lagerbar ist)[2]

Dichte

1,87 g·cm−3 (25 °C)[1]

Schmelzpunkt

42,35 °C[1]

Siedepunkt

Zersetzung: 213 °C (Wasserabspaltung)[1]

Dampfdruck

3,8 Pa (20 °C)[1]

pKs-Wert
Löslichkeit

vollständig mischbar mit Wasser[1]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) [3]
05 – Ätzend

Gefahr

H- und P-Sätze H: 314
P: 280​‐​301+330+331​‐​305+351+338​‐​309+310 [1]
EU-Gefahrstoffkennzeichnung [4] aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) [3]
Ätzend
Ätzend
(C)
R- und S-Sätze R: 34
S: (1/2)​‐​26​‐​45
MAK

2 mg·m−3 (einatembarer Aerosolanteil)[1]

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.
Vorlage:Infobox Chemikalie/Summenformelsuche vorhanden

Die „normale“ oder ortho-Phosphorsäure ist die wichtigste Sauerstoffsäure des Phosphors und eine der wichtigsten anorganischen Säuren. Sie ist eine dreiprotonige Säure und reagiert bezüglich der ersten Deprotonierung als mittelstarke Säure. Ihre Salze und Ester heißen Phosphate; auch die Bezeichnung Organophosphate ist für Ester der Phosphorsäure geläufig. Der Phosphor hat in diesen Verbindungen die Oxidationsstufe V. Wichtige Arbeiten zur Aufklärung der Struktur leistete Thomas Graham.

Von der Phosphorsäure leiten sich außerdem die Kondensate Diphosphorsäure, Meta- und Polyphosphorsäuren ab.

Als Lebensmittelzusatzstoff wird Phosphorsäure als E 338 deklariert.

Gewinnung und Darstellung

Phosphorsäure kann aus Rohphosphat (meistens Apatit, Ca5(PO4)3X mit X = F, OH oder Cl) und Schwefelsäure, Salzsäure oder Salpetersäure hergestellt werden. Als Nebenprodukte fallen dabei CaSO4 (Phosphorgips, verunreinigter Gips) und H2[SiF6] (Hexafluorokieselsäure) an. Alternativ lässt sich Phosphorsäure durch Verbrennung elementaren Phosphors zu Phosphorpentoxid, P4O10, und anschließende Hydrolyse herstellen (sogenannte thermische Phosphorsäure). Ein hochreines Produkt erhält man durch aufkonzentrieren einer handelsüblichen Phosphorsäurelösung auf einen Gehalt von über 90 Prozent und anschließende Kristallisation in einem genau eingehaltenen Temperaturbereich.[5]

Eigenschaften

Die wasserfreie Substanz ist stark hygroskopisch. Gewöhnlich kommt sie als 83–90-%ige wässrige Lösung in den Handel.[2]

Die Phosphorsäure ist eine dreiprotonige Säure, die ihre Protonen in drei Stufen an Wassermoleküle, unter Bildung von Oxonium (H3O+) und unter Bildung von Dihydrogenphosphat-, Hydrogenphosphat- bzw. Phosphat-Anionen, abgeben kann. Die zugehörigen pKs-Werte betragen pKs1 = 2,161; pKs2 = 7,207 und pKs3 = 12,325.[2]

\mathrm{H_3PO_{4(aq)} + H_2O_{(l)} \rightleftharpoons} \mathrm{H_3O^+_{(aq)} + H_2PO^-_{4(aq)}} \mathrm{K_{s1} = 6,9 \cdot 10^{-3}}
\mathrm{H_2PO^-_{4(aq)} + H_2O_{(l)} \rightleftharpoons} \mathrm{H_3O^+_{(aq)} + HPO^{2-}_{4(aq)}} \mathrm{K_{s2} = 6,2 \cdot 10^{-8}}
\mathrm{HPO^{2-}_{4(aq)}+ H_2O_{(l)}  \rightleftharpoons} \mathrm{H_3O^+_{(aq)} + PO^{3-}_{4(aq)}} \mathrm{K_{s3} = 4,7 \cdot 10^{-13}}

Verwendung

Phosphorsäuren dienen als Ausgangsstoff zur Herstellung phosphathaltiger Dünger (in den USA >90 % der Produktion), von Waschmitteln, Rostentfernern bzw. von Rostumwandler sowie zur Passivierung von Eisen und Zink zum Schutz vor Korrosion. In der Zahnmedizin findet Zinkphosphatzement Verwendung.

Phosphorsäure wird zur Herstellung von Pufferlösungen (siehe Phosphatpuffer) eingesetzt.

Phosphorsäure ist in hoher Konzentration ätzend, verdünnt wird sie in der Lebensmittelindustrie als Konservierungsmittel, Säuerungsmittel (z. B. in Cola-Getränken), als Säureregulator und als Antioxidans (um das Ranzigwerden von Fetten und die Verfärbung von beispielsweise Fleisch, Wurst oder Kuchenfüllungen zu verhindern) eingesetzt (E 338).[6] Phosphorsäure ist bei Gesunden bis auf ihre ätzende Wirkung für den menschlichen Organismus ungiftig.[7]

Biologische Bedeutung

Phosphorsäureester und Polyphosphate spielen im Stoffwechsel eine zentrale Rolle, insbesondere als Energie- und Gruppenüberträger (siehe z. B. ATP bzw. GTP). Sie sind unter anderem integraler Bestandteil der DNA, der RNA und vieler Coenzyme.

In der Medizin ist die Anreicherung der Nahrung mit Phosphorsäure (E 338) bei bestimmten Krankheitsbildern kontraindiziert. Krankheitsbilder wie beispielsweise chronische Niereninsuffizienz (auch bei Dialysebehandlung), Osteoporose und Urolithiasis (Calciumphosphatsteine) bedürfen einer phosphatarmen Ernährung.[8][9] (s.a. Hauptartikel Hyperphosphatämie)

Nachweis

Die Phosphorsäure und lösliche Phosphate lassen sich durch Fällung mit Ammoniumheptamolybdat zu gelbem Ammoniummolybdatophosphat, oder durch Fällung mit Magnesiumionen in ammoniakalischer Lösung zu MgNH4PO4 nachweisen.

Einzelnachweise

  1. a b c d e f g h Eintrag zu CAS-Nr. 7664-38-2 in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 3. März 2007 (JavaScript erforderlich).
  2. a b c d e f Phosphorsäure. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 29. Mai 2014.
  3. a b Eintrag aus der CLP-Verordnung zu CAS-Nr. 7664-38-2 in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA (JavaScript erforderlich).
  4. Seit 1. Dezember 2012 ist für Stoffe ausschließlich die GHS-Gefahrstoffkennzeichnung zulässig. Bis zum 1. Juni 2015 dürfen noch die R-Sätze dieses Stoffes für die Einstufung von Gemischen herangezogen werden, anschließend ist die EU-Gefahrstoffkennzeichnung von rein historischem Interesse.
  5. G. Brauer (Hrsg.), Handbuch der Präparativen Anorganischen Chemie 3. Ausgabe, Band 1, Ferdinand Enke Verlag Stuttgart 1975, S. 528-529.
  6. P. Kurzweil u. a.: Chemie: Grundlagen, Aufbauwissen, Anwendungen und Experimente. Springer, 2012, S. 151, ISBN 3834815551, eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche.
  7. J. F. Diehl: Chemie in Lebensmitteln: Rückstände, Verunreinigungen, Inhalts- und Zusatzstoffe. John Wiley & Sons, 2008, S. 18, ISBN 3527624619, eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche.
  8. E. Lückerath u. a.: Diätetik und Ernährungsberatung: Das Praxisbuch. Georg Thieme Verlag, 2011, S. 272, ISBN 3830475632, eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche.
  9. R. Nowack u. a.: Dialyse und Nephrologie für Pflegeberufe. Springer, 2002, S. 292, ISBN 3540428119, eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche.

Literatur

  • A. F. Holleman, E. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 101. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin u. New York 1995, S. 764.

Siehe auch

Weblinks

 Commons: Phosphorsäure – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
 Wiktionary: Phosphorsäure – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
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